基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計

孫健

摘要： 本文主要介紹了一種基于GPS技術(shù)和電子海圖進行結(jié)合并且導(dǎo)入現(xiàn)有嵌入式Linux導(dǎo)航圖的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)，并且討論了船舶導(dǎo)航基于電子海圖數(shù)據(jù)的預(yù)處理及相關(guān)專業(yè)技術(shù)存在的問題，并針對目前的技術(shù)問題提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞： GPS;船舶導(dǎo)航;電子海圖;嵌入式;Linux

中圖分類號： U666?? ?文獻標(biāo)識碼： A?? ?文章編號： 1672-9129（2018）09-0080-01

Absrtact： ?this paper mainly introduces a ship navigation system based on GPS technology and electronic chart， which can import the existing embedded Linux navigation chart. The problems of ship navigation based on electronic chart data preprocessing and related professional technology are discussed， and the corresponding solutions to the current technical problems are put forward.

Keywords： GPS;ship navigation;electronic chart;embedded Linux

隨著社會的不斷發(fā)展，與科學(xué)技術(shù)不斷進步，人們的足跡也從陸地逐漸擴展到海洋上，因此船舶運行就顯得尤為重要。在船舶的安全運行中，導(dǎo)航成為其控制方向的核心技術(shù)備受人們關(guān)注，而以GPS和電子海圖為技術(shù)核心的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠為船舶提供必備的海圖、風(fēng)向、風(fēng)力等各方面因素，因此在全世界的船舶業(yè)得到非常廣泛的應(yīng)用，極大的提升了船舶出海的安全性，并且為全部導(dǎo)航技術(shù)開拓了新領(lǐng)域。

就目前船舶導(dǎo)航系統(tǒng)而言，大概分為三類，即PC系統(tǒng)/單片機系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)，通過以上三種方式來實現(xiàn)船舶的導(dǎo)航系統(tǒng)。PC船舶導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是windows環(huán)境下的GPS系統(tǒng)，其系統(tǒng)具有較高的功能豐富性、響應(yīng)速度較快、人機互交界面設(shè)計優(yōu)化等特點，但因為其設(shè)計成本較高、集成圖像能力較差的缺點，不適合作為專業(yè)的導(dǎo)航使用。單片機電子海圖應(yīng)用主要是，對于處理器CPU要求較高，并且能夠傳輸?shù)男畔⒂邢?，支持網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化的導(dǎo)航較為困難，并且將圖像界面轉(zhuǎn)化為用戶使用界面系統(tǒng)還不成熟，近年來已經(jīng)逐步被人們所拋棄。而嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，電子海圖應(yīng)用有了非常廣闊的選擇，在嵌入式32位處理系統(tǒng)時能夠保證其實現(xiàn)集成度較高，硬件成本低等特點，近幾年來在更多的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在其軟件相對開發(fā)過程中，語言環(huán)境相對穩(wěn)定，能夠提供較為穩(wěn)定的導(dǎo)航服務(wù)而備受人們喜歡。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件開發(fā)平臺

該嵌入式系統(tǒng)整體分為以下幾部分：系船舶導(dǎo)航軟件處理系統(tǒng)、圖形庫系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核、嵌入式處理器等，其中嵌入式處理器的組成包括嵌入式處理核其具有75兆赫茲的頻率，能夠具有非常強大的數(shù)字處理功能，并且通過通信技術(shù)對其進行項目優(yōu)化來確保其能夠完成航海過程中的導(dǎo)航任務(wù)。在對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行處理時，所有的信息將通過液晶顯示屏向使用者展示出來，同時外接鍵盤鼠標(biāo)能夠?qū)ζ渲械年P(guān)鍵數(shù)據(jù)進行定點標(biāo)注。該操作系統(tǒng)是基于c++語言環(huán)境下進行開發(fā)的，該系統(tǒng)的優(yōu)點在于將其移植到不同的平臺，是能夠與不同平臺有良好的兼容性，采用c++語言對其進行編程能夠為其設(shè)定特殊信號，并且當(dāng)面向相關(guān)使用者，是能夠以非常良好的用戶界面展現(xiàn)在使用者面前，具有簡單操作易上手的特點。并且該系統(tǒng)有16種國家語言的版本，能夠供不同國籍的船員進行操作。該系統(tǒng)從全球GPS定位系統(tǒng)的失量圖中進行圖庫的建立，保證了地圖的準確性，同時還能通過鼠標(biāo)操作確保海圖的精確度，并且?guī)椭瑔T進行相關(guān)數(shù)據(jù)查詢時，能夠做到簡單迅速反應(yīng)。

2 電子海圖數(shù)據(jù)處理

因為該船舶導(dǎo)航系統(tǒng)具有良好的兼容性和數(shù)據(jù)儲存功能，可以將現(xiàn)有的多種海圖保存在同一張圖像上，進行不同的疊加對數(shù)據(jù)源文件進行比例尺、基準經(jīng)緯度等相關(guān)信息的換算，能夠?qū)⑺械膱D層文件整合到同一張圖形中，既在搜索過程中能夠起到了簡明扼要及時反饋的目標(biāo)。其中包含多種要素能夠及時進行在菜單欄的快捷搜索。在一幅船舶導(dǎo)航海圖中大概包括130多個文件，每個文件中又包括260多兆的字節(jié)，因此在嵌入式系統(tǒng)中其儲存空間要比PC機和單片機要大的多，以提高通過對圖片的壓縮和簡化，能夠提升其反應(yīng)速度。同時由于該設(shè)計趨于人性化，因此在實現(xiàn)系統(tǒng)界面用戶界面時，對其進行操作具有保留路徑和對管理航線的功能。并且能夠?qū)︼L(fēng)速、風(fēng)向、雨季天氣等信息進行自動收集，進行分析并提出合理化的航行路線，避免能遇到極端惡劣天氣，提高了船舶在運行過程中的安全性。

3 系統(tǒng)算法分析

因為該系統(tǒng)是基于c++語言環(huán)境下所作出的系統(tǒng)編程，因此該系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)運算能力。能夠?qū)τ诤D算法模塊進行定點編程，實現(xiàn)各種算法的相互轉(zhuǎn)化，例如將地圖坐標(biāo)、摩卡投影坐標(biāo)及屏幕坐標(biāo)之間進行相互轉(zhuǎn)換，點與點、點與線點、線段長度、多邊形周長等問題，在圖像上的體現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和實時變化性，為船舶的導(dǎo)航提供了更加科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

4 小結(jié)

隨著我國衛(wèi)星及航天技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)航的技術(shù)也會隨之豐富，嵌入式船舶導(dǎo)航技術(shù)也會隨之進行不斷的技術(shù)革新。相信在不久的將來，船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)建將會有更多的選擇。本文提供了一種基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有海圖查詢、航行管理、規(guī)劃航線、預(yù)測天氣信息等豐富的功能，并且因為其性價比較高、操作簡便、反應(yīng)迅速、兼容性較好等特點，在船舶導(dǎo)航業(yè)具有非常廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]陳立家，汪益兵，王捷等;《基于嵌入式Linux的船舶組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》[M];《船舶工程》;2014年第3期P84-86

[2]應(yīng)士君，鄒緒平，劉衛(wèi)，王坤等;《基于北斗二代系統(tǒng)的船用導(dǎo)航儀硬件設(shè)計及關(guān)鍵算法研究》[M];《科學(xué)技術(shù)與工程》;2012年第9期P2237-2240

[3]胡力，陳耀武，汪樂宇等;《基于GPS和電子海圖的嵌入式船舶導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計》[M];《電子技術(shù)應(yīng)用》;2005年第6期P7-9